какое зрение у осьминога
Чем необычны глаза осьминога
Содержание статьи
Осьминоги – интеллектуалы морских глубин
Осьминоги – это удивительные существа, которые и сейчас являются загадкой для ученых. Эти существа неизменно привлекают внимание ученых-океанологов своим удивительным строением тела и необычными умственными способностями, Считается, что осьминоги, наравне с каракатицами и дельфинами, являются самыми умными представителями морской фауны. Однако эти существа примечательны не только своими умственными способностями.
Учеными давно подмечено, что осьминоги являются обладателями глаз, уникальных не только строением, но также размерами относительно длинны тела и зрительными возможностями. Большой мозг и огромные глаза позволяют осьминогу получать значительно больше информации об окружающем мире, чем любому другому животному на планете. Глаза осьминога до сих пор являются предметом споров в научной среде и далеко не все подробности виденья мира этими животными понятны и изучены человеком, но все же некоторые ошеломляющие данные ученые уже имеют.
Уникальные возможности глаз осьминога
Прежде всего, стоит сказать о том, что глаза у осьминогов очень большие и составляют примерно 10% от общей массы тела животного. В плане размера глаз относительно массы тела осьминоги являются настоящими рекордсменами в мире животных. К примеру, у взрослого гигантского осьминога размер глазного яблока составляет 35-40 см.
Анатомическое строение глаза осьминога очень схоже со строением глаза человека. Глаза осьминога состоят из сетчатки, радужки, хрусталика и роговицы. Зрачок подвижен и может расширяться и сужаться, но фокусирует взгляд осьминог не за счет искривления хрусталика, а за счет его приближения и отдаления по отношению к сетчатке.
Считается, что эти моллюски способны фокусировать взгляд на интересующих их предметах, что не способны делать другие морские обитатели. Чувствительная сетчатка и хрусталик глаза осьминога отлично различает цвета, причем даже в мутной воде. Большой размер глаз осьминога также помогает ему выживать в океане, так как благодаря такому строению органа зрения этот моллюск способен видеть предметы даже в кромешной тьме.
Уникальное строение глаз осьминога позволяет ему воспринимать объемную картинку, поэтому эти животные прекрасно различают форму предметов. Некоторые любители этих головоногих моллюсков полагают, что зрительные органы осьминога позволяют ему видеть даже в ультрафиолетовом спектре света, но эти данные пока не нашли научного подтверждения.
Секрет цветного зрения осьминогов и каракатиц оказался связан с формой зрачка
Каракатица и ее зрачок
Команда ученых, состоящая из отца и сына из Университета Калифорнии в Беркли и Гарвардского университета, описала механизм, позволяющий головоногим моллюскам различать цвета, — вопреки тому, что их глаза содержат только один тип фоторецепторов. Статья опубликована в журнале PNAS.
Как объясняют авторы, различать цвета головоногим позволяет необычный зрачок, который может иметь U-образную, W-образную или гантелевидную форму. Благодаря такому зрачку свет попадает на сетчатку глаза под множеством разных углов. Неправильная форма зрачка усиливает хроматическую аберрацию, после чего глаз фокусирует световые волны определенной длины на разных участках сетчатки. Такая фокусировка достигается за счет изменения глубины глазного яблока, расстояния между хрусталиком и сетчаткой и перемещения зрачка. Цвет же определяется исходя из того, удалось ли сфокусировать волны определенной длины на сетчатке.
Такой механизм отличается от механизма зрения человека и других млекопитающих, у которых свет более-менее прямо падает на сетчатку через зрачок правильной формы (круглый или вытянутый). Чем уже отверстие зрачка, тем меньше становится хроматическая аберрация — и наоборот, чем сильнее расширен зрачок, тем больше рассеиваются цвета. По словам авторов, в то время как млекопитающие в ходе эволюции постарались минимизировать эффект хроматической аберрации, головоногие моллюски, напротив, научились использовать его в свою пользу.
Соотношение степени хроматической аберрации и формы зрачка
Stubbs A. & Stubbs C. / PNAS, 2016
За способность различать цвета подобным образом головоногим приходится расплачиваться нечетким зрением. Однако то, насколько оно нечеткое, зависит от того, на объект какого цвета они смотрят. По словам авторов, головоногие с трудом могут сфокусироваться на белых объектах, потому что они отражают все световые волны, однако не испытывают проблем с фокусировкой на объектах ярких чистых цветов, например синих или желтых, которые часто встречаются в коралловых рифах. Это также объясняет, почему головоногие часто проваливают тесты на различение цветов: во многих исследованиях задания были направлены на различение промежуточных цветов или чистых цветов одинаковой яркости без контраста. Лучше всего, отмечают авторы, головоногим удается различать границы между темными и яркими цветами. Это косвенно подтверждается окраской, которую они принимают во время брачных демонстраций: чаще всего она состоит из ярких пятен, разделенных темными полосами.
Работу такого механизма авторы проверили с помощью компьютерного моделирования, симулировав зрительную систему с одним типом фоторецепторов и разными степенями хроматической абберации. Модели, подробности которых приводятся в статье, позволили показать, как хроматическая аберрация может быть использована для извлечения спектральной информации с помощью зрачков неправильной формы.
Традиционно считается, что осьминоги, кальмары, каракатицы и другие головоногие моллюски не способны различать цвета, потому что в их сетчатке есть только один тип фоторецепторов. Однако при этом самцы головоногих моллюсков используют яркие цвета в брачных демонстрациях — что не имело бы никакого смысла, если бы самки и соперники не могли оценить их яркую окраску. Кроме того, головоногие моллюски способны, как хамелеоны, менять цвет кожи в зависимости от окружения — что было бы сложно осуществить, если бы они не имели цветового зрения. Однако сказать с уверенностью, что головоногие умеют (или не умеют) видеть цвета, ученые пока не могут: тесты на различение цветов дают противоречивые результаты. Зато головоногие моллюски (а также членистоногие: насекомые, ракообразные и пауки), в отличие от млекопитающих, умеют видеть поляризацию света — то есть направление поперечных колебаний световых волн.
Монохроматическое зрение: осьминоги и диагностика макулодистрофии у человека
Многие существа, обитающие на Земле, обладают теми или иными зрительными особенностями, обусловленными их повадками и средой обитания: кошачьи хорошо видят в темноте, хищные птицы отлично видят быстрые движения, а у раков-богомолов 16 типов фоторецепторов (у нас их всего два: колбочки и палочки), что позволяет им видеть даже инфракрасный и ультрафиолетовый цвет. На фоне всего этого разнообразия «суперсил» зрение человека кажется весьма скудным. Однако, где не справляется эволюция, человек применяет технологии, в частности и для лечения проблем со зрением. Ученые из Бристольского университета (Великобритания) изучили зрение осьминога, который отличается своей способностью обнаруживать поляризованный свет. Этот труд позволил разработать устройство ранней диагностики макулодистрофии глаза человека, когда нарушается структура сетчатки и возникают проблемы с центральным зрением. Как именно видят осьминоги, какие открытия помогли в создании устройства диагностики, и как оно работает? Ответы на эти вопросы мы найдем в докладе ученых. Поехали.
Основа исследования
Поляризация это характеристика поперечных волн, описывающая положение вектора колеблющейся величины в плоскости, перпендикулярной направлению распространения волны.
Свет является электромагнитной волной, которую можно охарактеризовать векторами напряженности электрического поля (E) и напряженности магнитного поля (Н). Световые волны являются поперечными, т.е. векторы E и Н перпендикулярны и колеблются перпендикулярно вектору скорости распространения волны.
Главным отличием естественного света (солнце или настольная лампа) от поляризованного является число направлений, в которых колеблется вектор напряженности.
Для преобразования естественного света в поляризованный необходимо пропустить первый через анизотропную среду, т.е. через поляризатор, который убирает определенные направления колебания.
Неполяризованный свет (слева) проходит через поляризатор (центр) и становится поляризованным (справа).
Поляризация бывает линейная и круговая/циркулярная. В первом случае колебания происходят в одной плоскости, во втором — конец вектора амплитуды описывает окружность в плоскости колебаний.
Что касается поляризационного зрения, то это обусловлено необычным строением глаза того, кто обладает этим навыком.
В зрительных нейронах таких существ фоторецепторная мембрана рабдома* свернута в трубку. Из-за этого часть молекул родопсина* не участвуют в поглощении света.
Рабдом* — светочувствительный элемент глаза, состоящий из рабдомер (скопление микроворсинок).
Родопсин* — основной зрительный пигмент, содержащийся в палочках сетчатки глаза.
Обусловлено это тем, что дипольный момент такой молекулы ориентирован параллельно вектору светового луча. Таким образом микроворсинка получает дихроизм, т.е. способность по-разному поглощать свет в зависимости от поляризации.
Среди наземных существ такая особенность чаще всего проявляется в дорсальной области глаза, которая направлена вверх (т.е. к небу, свет от которого поляризован).
Чувствительность к поляризации всего глаза встречается у многих насекомых (бабочки, стрекозы, пчелы и т.д.). Водные обитатели также не лишены подобного навыка. Многие виды ракообразных и все виды головоногих моллюсков имеют поляризационное зрение всего глаза.
Подобное зрение используется животными для решения самых разных задач, от внутривидового общения до обнаружения добычи или хищника. Для морей и океанов наличие поляризационного зрения вполне ожидаемо, так как такие среды обитания обладают стабильным поляризационным фоном. Некоторые исследования даже говорят о том, что поляризационное зрение в морской среде намного лучше цветового.
Пропускание света через морскую воду сильно зависит от длины волны, при этом короткие и длинные волны затухают быстрее, чем средние длины волн (
475 нм). В результате цветовое зрение становится менее полезным с увеличением глубины. Но вот полный диапазон поляризационных контрастов может присутствовать на любой глубине, посему многие животные предпочитают полагаться на поляризацию, а не на цвет. Единственная трудность в том, что поляризационные контрасты быстро размываются при малом освещении, а потому эффективны только на относительно небольших расстояниях под водой.
Мастерами поляризационного восприятия считаются головоногие моллюски, которые при этом не способны видеть цвета (используют один тип пигмента, от чего для них все вокруг монохроматическое). Нехватка цветоощущения компенсирована тем, что их рабдомерные фоторецепторы точно упорядочены по двум каналам поляризационной чувствительности, что приводит к дипольному зрению по всему глазу.
При этом их поляризационное зрение действительно уникально, так как способно обеспечивать обнаружение даже самых незначительных контрастов поляризации, что было подтверждено экспериментально. Но, как говорят ученые, в тех трудах степень поляризации была выше (∼1.0), чем встречающаяся в природе обычно ( 0.3), особи обоих видов были способны реагировать на различия в AoP стимула относительно фона (ΔAoP) при среднем значении 1.3°. Когда DoLP был ниже 0.3, минимальный угловой контраст между стимулом и фоном, необходимый для проявления ответной реакции, быстро увеличивался, пока DoLP не достигал 0 (2B).
Альтернативным методом визуализации поляризационного контраста является мера поляризационного расстояния (PD от polarization distance). PD обеспечивает оценку количества контраста, обнаруживаемого системой поляризационного зрения (в данном случае осьминогами).
При построении графика функции PD, измеренные пороги поляризационного зрения примерно совпадают со средним значением PD в 0.010 (2C). Связь между этим пороговым значением и диапазоном стимулов DoLP и ΔAoP показана методом проецирования порога на ось начального стимула (пунктирная черная линия на 2B). За счет этого видно, что большая часть расхождений может быть связана с ориентацией нижележащих поляризационно-чувствительных фоторецепторов, на которых основана модель поляризационного расстояния. Некоторые расхождения также можно объяснить индивидуальностью реакции тестируемых особей, но средний порог PD для всех комбинаций ΔAoP / DoLP находился в диапазоне от 0.0049 до 0.024.
Анализ результатов наблюдений
В ходе тестов осьминоги успешно реагировали на визуальные стимулы, которые отличались от фона только по поляризационному контрасту. При этом особи демонстрировали высокую чувствительность даже к самым малым значениям ΔAoP, особенно при высоком уровне DoLP.
Большое изменение ΔAoP, необходимое для вызова ответа (1° при высоком DoLP, до 53° при низком DoLP), может быть объяснено с помощью нейрофизической модели поляризационного расстояния. Данная модель использует подход нейронной обработки для понимания контраста с точки зрения системы поляризационного зрения.
Поскольку головоногие моллюски используют дипольную систему, основанную на двух каналах поляризации, ориентированных горизонтально и вертикально по отношению к внешнему миру, контрасты AoP при низком DoLP должны быть больше, чтобы выявить эквивалентный контраст в выходе фоторецепторов по сравнению со стимулами с высоким DoLP.
Ученые отмечают, что оценка функциональности чувствительного к поляризации зрения у осьминогов требует исследования типов зрительных сцен (т.е. совокупности визуальных стимулов в той или иной ситуации в естественной среде), которые могут испытывать эти животные. Фотографическая поляриметрия, проведенная в естественной среде, показывает диапазон поляризационных контрастов, которые близки к диапазону обнаружения зрительной системы осьминога или находятся в его пределах.
Изображение №3
Другими словами, контрастные сигналы от добычи, хищников и даже от сородичей входят в диапазон чувствительности осьминогов, измеренной в ходе данного исследования. Следовательно, данный тип зрения для осьминогов необходим для охоты, для поиска партера или для обнаружения вероятной опасности.
Проведенное исследование, нацеленное на оценку чувствительности осьминогов к поляризационным контрастам, позволяет создать систему ранней диагностики макулодистрофии у человека.
Ученые заявляют, что данное устройство будет нацелено на выявление низкого уровня пигментов желтого пятна, что является фактором риска повышенной предрасположенности к дегенерации желтого пятна.
Для более детального ознакомления с нюансами исследования рекомендую заглянуть в доклад ученых.
Эпилог
В данном труде ученые уделили внимание удивительным созданиям, обладающим неслабым интеллектом, умением пролезть куда угодно и, как оказалось, очень необычным зрением. Осьминоги не видят цвета, зато прекрасно видят поляризацию света, что позволяет им различать контрастные отличия между фоном (водой) и объектом их интереса (например, добыча, сородич или хищник). Такой тип зрения, именуемый поляризационным, неудивителен для обитателей морских глубин, так как под водой цвет не так полезен, как на суше. Хотя и вне океанов и морей есть существа, обладающие подобным навыком. К их числу относятся и пчелы. Но у осьминогов поляризационное восприятие охватывает весь глаз, тогда как у пчел только ту область, что направлена к небу.
Данное исследование не только позволило лучше понять, как осьминоги видят, но и предоставило фундамент для создания устройства диагностики макулодистрофии, т.е. дегенеративных процессов желтого пятна. Данное устройство способно оценить уровень макулярных пигментов, которые играют роль естественной защиты человека от вредного фиолетово-синего света (380-500 нм). Макулодистрофия, к сожалению, не лечится, но имея возможность вовремя заметить какие-либо изменения, что могут привести к ее развитию, мы можем принять определенные меры: использование солнцезащитных очков, изменение питания и т.д.
Важность данного устройства заключается в том, что ранее уровень макулярного пигмента нельзя было диагностировать без наличия дегенеративных изменений. Другими словами, обнаружить проблему можно было тогда, когда уже было поздно что-либо делать для ее решения. Но с помощью разработанного метода диагностику можно проводить в любом возрасте (от 5 до 95 лет), тем самым выявлять изменения разной степени на любом этапе заболевания или еще до его возникновения.
Благодарю за внимание, оставайтесь любопытствующими и отличных всем выходных, ребята! 🙂
Немного рекламы
Осьминоги: как выглядят, сколько живут и чем питаются
Осьминогам (иначе это животное называют спрутом) в истории устного народного творчества досталась страшная роль морских чудовищ. Да и в авторской литературе гигантское головоногое с длинными щупальцами стало абсолютным воплощением злого начала (такое описание встречается в романе Виктора Мари Гюго «Труженики моря»). В реальности же это безобидное существо намного больше страдает от людей, нежели действительно способно нанести им хотя бы минимальный вред.
Внешний вид
Спруты, в зависимости от вида, довольно сильно могут различаться по размеру: от 20 см до 3 метров. Длина щупалец обычно значительно превышает размеры тела. Большинство представителей семейства все же не достигает полутора метров, но есть среди них и огромные существа весом до 50 кг. В 1945 году был зарегистрирован рекорд: у побережья США был выловлен огромный осьминог весом 180 кг и длиной 8 м. А самый маленький осьминог не дотягивает и до одного сантиметра (называется он Octopus Wolfi).
Существует несколько видов морских осьминогов, самые известные из них:
Строение щупальцев и клюва
Щупальцы отходят от головы моллюска, утончаясь по мере отдаления. На каждом из них расположено от одного до трех рядов присосок, а всего их у взрослой особи можно насчитать до двух тысяч. У самцов одно из щупальцев – гектокотиль – играет роль полового органа. Часть спрутовых имеет еще и специальные плавники, выполняющие при движении роль своеобразного руля. Плавают моллюски обычно медленно, чаще они даже не плывут, а передвигаются по дну на полусогнутых щупальцах.
Клювом называют рот осьминога, поскольку он окружен жесткими хитиновыми челюстями, измельчающими рыбу и другую пищу. Спрут не в состоянии заглотить добычу целиком, и даже после работы челюстей, пища измельчается недостаточно: моллюск пропускает ее через специальную терку в глотке, доводя еду до кашеобразного состояния.
Сколько глаз
Глаз у осьминога два, и их устройство схоже со строением человеческих органов зрения. Они состоят из:
Количество хромосом
В сравнении с большинством беспозвоночных спрутовые довольно развиты интеллектуально. Такое высокое развитие осьминогов, сравнимое с имеющимся у многих типов млекопитающих, отчасти объясняется их геномом. Ведь, хотя количество хромосом у них не совпадает с человеческим, ученые уверяют: по другим параметрам сравнение с homo sapiens возможно.
Вот некоторые показатели:
Количество хромосом у спрутов, согласно описаниям исследований, разнится в зависимости от конкретного вида: их может быть 28, 56, 60.
Знатоки утверждают: этот хищник отлично поддается дрессировке. В сети можно найти фото и видео, демонстрирующие, как ловко при помощи щупальцев осьминожки устраняют мешающие им преграды и даже откручивают крышки с банок. Так что неудивительно, что многие ученые считают этих моллюсков не менее разумными, чем некоторые млекопитающие.
Осьминог — это моллюск?
Сам термин моллюск происходит от латинского слова molluscus «мягкий». Этот тип представителей царства животных еще называют мягкотелыми (их характеризует отсутствие костей). Как и у большинства моллюсков, тело спрута образовано тремя отделами: ногами, головой и туловищем-мантией.
Головоногие имеют сложное строение внутренних органов. Так, у осьминогов целых три сердца (главное и два вспомогательных жаберных) и замкнутая кровеносная система. Интересный факт: осьминоги – аристократы, поскольку пигмент гиосциамин окрашивает их кровь в голубой цвет. Еще одна удивительная особенность спрутов – сифон, посредством которого животное набирает воду и резко выпускает ее наружу мощной струей, обеспечивая таким способом продвижение тела вперед. Подобное «реактивное устройство» есть и у других моллюсков – кальмаров. Кстати, знатоки утверждают: именно сифон кальмара подарил ценную инженерную идею создателям ракет.
Именно сложность устройства системы внутренних органов осьминога в совокупности с отсутствием раковины и довольно экстравагантным внешним видом заставляет некоторых сомневаться в том, является ли это животное моллюском. Но ученые-биологи давно развеяли эти сомнения.
Среда обитания
Спрутовые не слишком жалуют холодные воды. Поэтому в северных океанах и морях они практически не живут. А вот остальные как раз и являются основным ареалом обитания большинства представителей класса головоногих. В природе есть как глубоководные, так и мелководные виды. Комфортная глубина мест, где обитают спрутовые, составляет в среднем около 150 м. Поскольку образ жизни моллюсков малоподвижен, они довольно привязаны к выбранному «месту жительства», коим обычно являются придонные скальные участки, нагромождения камней и коралловые рифы.
Сколько живут осьминоги
В среднем, продолжительность осьминожьей жизни составляет от 2 до 4 лет. Четырехлетних биологи уже считают долгожителями. Согласно данным исследований, длительность жизни у разных видов может отличаться.
Часть осьминогов умирает не своей смертью: некоторые самцы становятся жертвами самок. По наблюдениям ученых, иногда самки в процессе полового акта удушают партнеров, возможно, употребляя их впоследствии в пищу. Велика смертность молодого поколения: из сотен тысяч маленьких личинок до полового созревания доживает лишь несколько особей.
Чем питается
Спрут относится к хищным животным, в его повседневный рацион могут входить:
Некоторые исследователи, изучавшие, что ест осьминог, утверждают, что ест он все, что движется. Охотятся хищники при помощи щупалец, которыми захватывают добычу. Жертва умерщвляется осьминожьим ядом и перетирается мощным клювом.
Полезные свойства
Осьминожье мясо – диетический продукт, богатый белком и витаминами группы B. Его энергетическая ценность составляет (на 100 г мяса моллюска):
Мясо спрутовых можно и тем, кто сидит на диете в целях похудения, и тем, кто страдает от болезней желудочно-кишечного тракта. Диетологи отмечают: продукт особенно богат полиненасыщенной жирной кислотой Омега-3, поэтому рекомендуется к употреблению для профилактики болезней сердца и для выведения из организма так называемого «плохого» холестерина. А витамины группы B необходимы для регуляции обмена веществ.
Противопоказаниями к включению осьминога в рацион являются только аллергия и индивидуальная непереносимость.
Применение в кулинарии
Для российского гурмана осьминожьи тело и щупальца – изысканный деликатес. Однако есть страны в которых продукт имеет широкое распространение. В азиатской гастрономической культуре этих моллюсков кушают живыми. Более привычны для европейца японские суши и роллы с их мясом. В Индонезии осьминожьи мантию и щупальца сушат, а затем отваривают в кокосовом молоке с добавлением местных пикантных специй.
Средиземноморская кухня славится супами, салатами и пастой с морепродуктами, в числе которых не последнее место занимают и щупальца спрута. Среди популярных закусок в Испании и Италии числится карпаччо в сливочном или чесночном соусе. Знатоки рекомендуют: такое блюдо идеально подавать к хорошему вину.
Тело и щупальца моллюска можно варить, жарить, запекать, коптить, фаршировать, тушить, то есть к ним применимы любые методы кулинарной обработки. Все это можно сделать и в домашних условиях: в ресторанах этот деликатес хоть и приготовлен специалистами своего дела, но слишком дорог.
Обычно в продажу поступают замороженные целые тушки или щупальца отдельно. Их размораживают в щадящих условиях: сначала в обычной холодильной камере и лишь на последнем этапе при комнатной температуре. Промывать моллюска необходимо тщательно, особое внимание уделяя присоскам на щупальцах. Чаще всего осьминогов варят. Опытные повара предупреждают: время варки щупалец и мантии различно. Если телу достаточно двух-трех минут, то щупальцам в зависимости от их размера может понадобиться семь-десять минут. Наряду с отварными в салатах и закусках неплохо сочетаются с остальными ингредиентами и консервированные щупальца.
Рецептов этих и других блюд с пошаговыми фото на просторах интернета достаточно.
Ну и в заключение пара советов по выбору свежего осьминога. Перед покупкой нужно оценить, как выглядит тушка животного: прозрачность глаз, цвет и блеск кожи щупалец, упругость мяса. Повреждения и черные пятна – повод отказаться от покупки, кушать такой продукт небезопасно. Важно: в свежем виде мясо спрутовых не хранят. Если приготовление планируется не сразу, моллюска нужно отварить. В таком виде его можно держать в холодильнике до трех дней.